一种伸缩型的可变直径盾构机刀盘

本发明涉及盾构刀盘，特别是指一种伸缩型的可变直径盾构机刀盘。

背景技术：

1、刀盘位于盾构机的前端，是影响盾构机掘进性能的关键功能部件，主要承担切割岩土、混卸渣土、支护稳定开挖面等重要任务，刀盘及刀具的选择直接影响盾构机的切削效率和切削速度。目前，对于软土层来说，现有的土压平衡式盾构机的刀盘能很好地胜任隧道掘进作业，但是面对复杂的断面层、特殊地质条件或者含有土石块的土质层以及在掘进的过程中土质层的不断变化，现有的刀盘在掘进过程中是整个刀盘进行切削，因此刀盘的结构设计和布置方式等参数对不同地质层的适应性和耐磨性有较大影响，如果设计不合理，会导致刀盘和刀具的磨损加速，掘进效率降低。

2、可变直径盾构机是一种用于隧道挖掘的机械设备，它能够在挖掘过程中改变隧道的直径。目前可变直径盾构机虽然能够在挖掘过程中改变盾构刀盘的直径，但是改变的直径范围较小且较单一，只能满足一种直径的隧道工程，无法适应不同直径的隧道工程。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种伸缩型的可变直径盾构机刀盘，解决了现有技术中盾构刀盘对不同开挖环境适用性低的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一种伸缩型的可变直径盾构机刀盘，包括刀盘本体，刀盘本体的辐条面板上设有轴向伸缩刀具和中心刀具，刀盘本体的前面板上设有探地雷达装置；刀盘本体的外缘环上设有径向伸缩刀具和边滚刀；径向伸缩刀具位于两个辐条之间的位置，且与边滚刀沿刀盘本体的外缘环周向进行交错设置；

3、进一步优选，所述径向伸缩刀具包括伸缩导块和设置在刀盘本体内的刀槽，伸缩导块位于刀槽内，且在第一伸缩驱动件作用下伸缩导块能相对刀槽进行径向运动，所述伸缩导块上设有滚刀。

4、进一步优选，所述伸缩导块为弧形块，伸缩导块的两侧面上设有定位凸起，定位凸起与设置在刀槽两侧的定位槽相配合，所述第一伸缩驱动件为伸缩油缸，伸缩油缸的伸缩端连接在伸缩导块底部，伸缩油缸的固定端连接在刀槽底部。

5、进一步优选，所述轴向伸缩刀具包括设置在辐条上的外筒体，外筒体内设有第二伸缩驱动件和刀筒，刀筒在第二伸缩驱动件作用下，能相对外筒体进行轴向伸缩；所述刀筒内设有刀具。

6、进一步优选，所述第二伸缩驱动件包括设置外筒体内且平行设置的上推杆和下推杆，外筒体内转动设有齿轮轴，刀筒的底部设有齿条和导向杆，齿条与齿轮轴上的齿轮相啮合，上推杆和下推杆通过棘齿棘轮机构与齿轮轴配合连接并带动其步进转动。

7、进一步优选，所述棘齿棘轮机构包括设置在上推杆端部的上棘爪、设置在下推杆端部的下棘爪和设置在齿轮轴上的棘轮，上棘爪在上弹片作用下能与棘轮接触配合，下棘爪在下弹片作用下也能与棘轮接触配合；上弹片设置在上推杆上，下弹片设置在下推杆上。

8、进一步优选，所述外筒体内设有隔板并在外筒体内形成密封腔，所述棘齿棘轮机构设置在密封腔内，上推杆与隔板之间设有上弹簧，下推杆与隔板之间设有下弹簧，所述隔板上与棘轮相对应的位置设置有顶推弹簧，顶推弹簧朝向棘轮的一端设有与棘轮相配合的顶针。

9、进一步优选，所述外筒体与刀筒之间设有卡扣件；所述卡扣件包括设置在刀筒上的卡槽和浮动设置在外筒体的卡扣，卡扣与卡槽配合能对刀筒进行限位。

10、进一步优选，所述探地雷达装置包括雷达框座和雷达传感器，雷达框座内设有传动连接的横向移动装置和纵向移动装置，雷达传感器设置在横向移动装置上。

11、进一步优选，所述纵向移动装置包括对称设置在雷达框座内的纵向双头丝杆，纵向双头丝杆两端通过轴承座转动设置在雷达框座内，纵向双头丝杆与设置在轴承座上的驱动电机相连接，轴承座上设有与纵向双头丝杆平行设置的纵向导杆，纵向双头丝杆上设有相对应的螺座，且螺座滑动穿设在纵向导杆上；横向移动装置连接在对应的螺座上。

12、进一步优选，所述横向移动装置包括对称设置的横向双头丝杆，横向双头丝杆两端通过连接座连接在对应的两个螺座上，横向双头丝杆与设置在连接座上的驱动电机相连接，连接座上设有与横向双头丝杆平行设置的横向导杆，横向双头丝杆上螺纹连接有l型卡座，l型卡座滑动穿设在横向导杆上。

13、本发明的有益效果为：本发明在盾构刀盘上设置可以适配不同大小的探地雷达装置，通过探地雷达感应不同土质层情况，控制轴向伸缩刀具的轴向伸缩，进行轴向分层开挖，提高切削效率；切削完成后，轴向伸缩刀具可收缩回初始位置，整个刀盘再进行完整切削，降低刀盘刀具的磨损，增强刀盘刀具的使用寿命，提高盾构机的掘进效率。在盾构刀盘的周围设置可以伸缩的径向伸缩刀盘块，在挖掘过程中改变盾构刀盘的直径，从而适应不同直径的隧道开挖，不仅提高了盾构机的灵活性和适应性，也减少了隧道工程中对不同直径盾构机的需求成本。

技术特征：

1.一种伸缩型的可变直径盾构机刀盘，其特征在于：包括刀盘本体（100），刀盘本体（100）的辐条面板上设有轴向伸缩刀具（3）和中心刀具（6），刀盘本体（100）的前面板上设有探地雷达装置（2）；刀盘本体（100）的外缘环上设有径向伸缩刀具（5）和边滚刀（1）；径向伸缩刀具（5）位于两个辐条之间的位置，且与边滚刀沿刀盘本体（100）的外缘环周向进行交错设置；

2.根据权利要求1所述的伸缩型的可变直径盾构机刀盘，其特征在于：所述伸缩导块（51）为弧形块，伸缩导块（51）的两侧面上设有定位凸起（54），定位凸起（54）与设置在刀槽（52）两侧的定位槽（55）相配合，所述第一伸缩驱动件为伸缩油缸（56），伸缩油缸（56）的伸缩端连接在伸缩导块（51）底部，伸缩油缸（56）的固定端连接在刀槽（52）底部。

3.根据权利要求1所述的伸缩型的可变直径盾构机刀盘，其特征在于：所述轴向伸缩刀具（3）包括设置在辐条上的外筒体（31），外筒体（31）内设有第二伸缩驱动件和刀筒（32），刀筒（32）在第二伸缩驱动件作用下，能相对外筒体（31）进行轴向伸缩；所述刀筒（32）内设有刀具（33）。

4.根据权利要求3所述的伸缩型的可变直径盾构机刀盘，其特征在于：所述第二伸缩驱动件包括设置外筒体（31）内且平行设置的上推杆（34）和下推杆（35），外筒体（31）内转动设有齿轮轴（36），刀筒（32）的底部设有齿条（37）和导向杆（40），齿条（37）与齿轮轴（36）上的齿轮（38）相啮合，上推杆（34）和下推杆（35）通过棘齿棘轮机构与齿轮轴（36）配合连接并带动其步进转动。

5.根据权利要求4所述的伸缩型的可变直径盾构机刀盘，其特征在于：所述棘齿棘轮机构包括设置在上推杆（34）端部的上棘爪（39）、设置在下推杆（35）端部的下棘爪（310）和设置在齿轮轴（36）上的棘轮（311），上棘爪（39）在上弹片（312）作用下能与棘轮（311）接触配合，下棘爪（310）在下弹片（313）作用下也能与棘轮（311）接触配合；上弹片（312）设置在上推杆（34）上，下弹片（313）设置在下推杆（35）上。

6.根据权利要求5所述的伸缩型的可变直径盾构机刀盘，其特征在于：所述外筒体（31）内设有隔板（314）并在外筒体（31）内形成密封腔，所述棘齿棘轮机构设置在密封腔内，上推杆（34）与隔板（314）之间设有上弹簧（315），下推杆（35）与隔板（314）之间设有下弹簧（316），所述隔板（314）上与棘轮（311）相对应的位置设置有顶推弹簧（317），顶推弹簧（317）朝向棘轮（311）的一端设有与棘轮（311）相配合的顶针（318）。

7.根据权利要求3~6任一项所述的伸缩型的可变直径盾构机刀盘，其特征在于：所述外筒体（31）与刀筒（32）之间设有卡扣件；所述卡扣件包括设置在刀筒（32）上的卡槽（319）和浮动设置在外筒体（31）的卡扣（320），卡扣（320）与卡槽（319）配合能对刀筒（32）进行限位。

8.根据权利要求1所述的伸缩型的可变直径盾构机刀盘，其特征在于：所述探地雷达装置（2）包括雷达框座（21）和雷达传感器（22），雷达框座（21）内设有传动连接的横向移动装置（a）和纵向移动装置（b），雷达传感器（22）设置在横向移动装置（a）上。

9.根据权利要求8所述的伸缩型的可变直径盾构机刀盘，其特征在于：所述纵向移动装置（b）包括对称设置在雷达框座（21）内的纵向双头丝杆（23），纵向双头丝杆（23）两端通过轴承座（24）转动设置在雷达框座（21）内，纵向双头丝杆（23）与设置在轴承座上的驱动电机相连接，轴承座（24）上设有与纵向双头丝杆（23）平行设置的纵向导杆（25），纵向双头丝杆（23）上设有相对应的螺座（26），且螺座（26）滑动穿设在纵向导杆（25）上；横向移动装置（a）连接在对应的螺座（26）上。

10.根据权利要求9所述的伸缩型的可变直径盾构机刀盘，其特征在于：所述横向移动装置（a）包括对称设置的横向双头丝杆（27），横向双头丝杆（27）两端通过连接座（28）连接在对应的两个螺座（26）上，横向双头丝杆（27）与设置在连接座（28）上的驱动电机相连接，连接座（28）上设有与横向双头丝杆（27）平行设置的横向导杆（29），横向双头丝杆（27）上螺纹连接有l型卡座（210），l型卡座（210）滑动穿设在横向导杆（29）上。

技术总结
本发明公开了一种伸缩型的可变直径盾构机刀盘，解决了现有技术中盾构刀盘对不同开挖环境适用性低的问题。本发明伸缩型的可变直径盾构机刀盘，包括刀盘本体，刀盘本体的辐条面板上设有轴向伸缩刀具和中心刀具，刀盘本体的前面板上设有探地雷达装置；刀盘本体的外缘环上设有径向伸缩刀具和边滚刀；径向伸缩刀具位于两个辐条之间的位置，且与边滚刀沿刀盘本体的外缘环周向进行交错设置。本发明在盾构刀盘上设置可以适配不同大小的探地雷达装置，通过探地雷达感应不同土质层情况，控制轴向伸缩刀具的轴向伸缩，进行轴向分层开挖，提高切削效率；切削完成后，轴向伸缩刀具可收缩回初始位置，整个刀盘再进行完整切削，降低刀盘刀具的磨损，增强刀盘刀具的使用寿命，提高盾构机的掘进效率。

技术研发人员：肖艳秋,崔光珍,金弋潇,孙春亚,王鹏鹏,郭志强,房占鹏,田淑侠
受保护的技术使用者：郑州轻工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8